u-boot的Makefile分析

u-boot的Makefile分析

個人覺得要搞懂u-boot的確是個大工程，但我非常確定這個起點非常重要，所以為了馬步要蹲好，除了makefile以外，各個重要的標頭檔一定要先著磨，並記下筆記。文章出處：http://blog.mcuol.com/User/lvembededsys/Article/4355_1.htm
U－BOOT是一個LINUX下的工程，在編譯之前必須已經安裝對應體系結構的交叉編譯環境，這裡只針對ARM，編譯器系列軟體為arm-linux-*。
U－BOOT的下載地址： http://sourceforge.net/projects/u-boot我下載的是1.1.6版本，一開始在FTP上下載了一個次新版，結果編譯失敗。1.1.6是沒問題的。
u-boot源碼結構 解壓就可以得到全部u-boot來源程式。在頂層目錄下有18個子目錄，分別存放和管理不同的來源程式。這些目錄中所要存放的檔有其規則，可以分為3類。 第1類目錄與處理器體系結構或者開發板硬體直接相關； 第2類目錄是一些通用的函數或者驅動程式； 第3類目錄是u-boot的應用程式、工具或者文檔。u-boot的源碼頂層目錄說明
目 錄 特 性 解 釋 說 明
board 平臺依賴 存放電路板相關的目錄檔
例如：RPXlite(mpc8xx)、smdk2410(arm920t)、sc520_cdp(x86) 等目錄

cpu 平臺依賴 存放CPU相關的目錄檔
例如：mpc8xx、ppc4xx、arm720t、arm920t、 xscale、i386等目錄
lib_ppc 平臺依賴 存放對PowerPC體系結構通用的檔
主要用於實現PowerPC平臺通用的函數
lib_arm 平臺依賴 存放對ARM體系結構通用的檔
主要用於實現ARM平臺通用的函數
lib_i386 平臺依賴 存放對X86體系結構通用的檔
主要用於實現X86平臺通用的函數
include 通用 標頭檔和開發板設定檔
所有開發板的設定檔都在configs目錄下
common 通用 通用的多功能函數實現
lib_generic 通用 通用庫函數的實現
net 通用 存放網路的程式
fs 通用 存放檔案系統的程式
post 通用 存放上電自檢程式
drivers 通用 通用的設備驅動程式，主要有乙太網介面的驅動
disk 通用 硬碟介面程式
rtc 　通用 RTC的驅動程式
dtt 　通用 數位溫度測量器或者感測器的驅動
examples 應用常式 一些獨立運行的應用程式的例子，例如helloworld
tools 工具 存放製作S-Record或者u-boot格式的映射等工具
例如mkimage
doc 文檔 開發使用文檔
u-boot的原始程式碼包含對幾十種處理器、數百種開發板的支援。可是對於特定的開發板，配置編譯過程只需要其中部分程式。這裡具體以S3C2410 & arm920t處理器為例，具體分析S3C2410處理器和開發板所依賴的程式，以及u-boot的通用函數和工具。
編譯以smdk_2410板為例，編譯的過程分兩部：
# make smdk2410_config# make
頂層Makefile分析
要瞭解一個LINUX工程的結構必須看懂Makefile，尤其是頂層的，沒辦法，UNIX世界就是這麼無奈，什麼東西都用文檔去管理、配置。首先在這方面我是個新手，時間所限只粗淺地看了一些Makefile規則。
以smdk_2410為例，順序分析Makefile大致的流程及結構如下：
1) Makefile中定義了源碼及生成的目的檔案存放的目錄,目的檔案存放目錄BUILD＿DIR可以通過make O=dir 指定。如果沒有指定，則設定為源碼頂層目錄。一般編譯的時候不指定輸出目錄，則BUILD＿DIR為空。其它目錄變數定義如下：
#OBJTREE和LNDIR為存放生成檔的目錄，TOPDIR與SRCTREE為源碼所在目錄
OBJTREE := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
SRCTREE := $(CURDIR)
TOPDIR := $(SRCTREE)
LNDIR := $(OBJTREE)
export TOPDIR SRCTREE OBJTREE
2）定義變數MKCONFIG：這個變數指向一個腳本，即頂層目錄的mkconfig。
MKCONFIG := $(SRCTREE)/mkconfigexport MKCONFIG
在編譯U－BOOT之前，先要執行
# make smdk2410_config
smdk2410_config是Makefile的一個目標，定義如下：
smdk2410_config : unconfig
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
unconfig::
@rm -f $(obj)include/config.h $(obj)include/config.mk \ $(obj)board/*/config.tmp $(obj)board/*/*/config.tmp
顯然，執行# make smdk2410_config時，先執行unconfig目標，注意不指定輸出目標時，obj，src變數均為空，unconfig下面的命令清理上一次執行make *_config時生成的標頭檔和makefile的包含檔。主要是include/config.h 和include/config.mk文件。
然後才執行命令
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
MKCONFIG 是頂層目錄下的mkcofig指令檔，後面五個是傳入的參數。
對於smdk2410_config而言，mkconfig主要做三件事：
在include資料夾下建立相應的文件（夾）軟連接，
#如果是ARM體系將執行以下操作：
#ln -s asm-arm asm
#ln -s arch-s3c24x0 asm-arm/arch
#ln -s proc-armv asm-arm/proc
生成Makefile包含檔include/config.mk，內容很簡單，定義了四個變數：
ARCH = arm
CPU = arm920t
BOARD = smdk2410
SOC = s3c24x0
生成include/config.h標頭檔，只有一行：
/* Automatically generated - do not edit */#include "config/smdk2410.h"
mkconfig指令檔的執行至此結束，繼續分析Makefile剩下部分。
3）包含include/config.mk，其實也就相當於在Makefile裡定義了上面四個變數而已。
4) 指定交叉編譯器首碼：
ifeq ($(ARCH),arm)#這裡根據ARCH變數，指定編譯器首碼。
CROSS_COMPILE = arm-linux-endif
5)包含config.mk:
#包含頂層目錄下的config.mk，這個檔裡面主要定義了交叉編譯器及選項和編譯規則
# load other configurationinclude $(TOPDIR)/config.mk
下面分析config.mk的內容：
＠包含體系，開發板，CPU特定的規則檔：
ifdef ARCH　#指定預編譯體系結構選項
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk
# include architecture dependend rules
endif

ifdef CPU #定義編譯時對齊，浮點等選項
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk
# include CPU specific rules
endif


ifdef SOC #沒有這個檔
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk
# include SoC specific rules
endif


ifdef BOARD #指定特定板子的鏡像連接時的記憶體基底位址，重要！
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk
# include board specific rules
endif

＠定義交叉編譯鏈工具
# Include the make variables (CC, etc...)
AS = $(CROSS_COMPILE)as
LD = $(CROSS_COMPILE)ld
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
CPP = $(CC) -E
AR = $(CROSS_COMPILE)ar
NM = $(CROSS_COMPILE)nm
STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip
OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
RANLIB = $(CROSS_COMPILE)RANLIB

＠定義AR選項ARFLAGS，調試選項DBGFLAGS，優化選項OPTFLAGS
　預處理選項CPPFLAGS，C編譯器選項CFLAGS，連接選項LDFLAGS
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)　#指定了起始位址TEXT_BASE
＠指定編譯規則：
$(obj)%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $< $(obj)%.o: %.S $(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $< $(obj)%.o: %.c $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $< 回到頂層makefile文件： 6）U-boot需要的目的檔案。
OBJS = cpu/$(CPU)/start.o # 順序很重要，start.o必須放第一位
7）需要的庫檔：
LIBS = lib_generic/libgeneric.a
LIBS += board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a
LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
ifdef SOC
LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a
endif
LIBS += lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a
LIBS += fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a \ fs/reiserfs/libreiserfs.a fs/ext2/libext2fs.a #延續上一行
LIBS += net/libnet.a
LIBS += disk/libdisk.a
LIBS += rtc/librtc.a
LIBS += dtt/libdtt.a
LIBS += drivers/libdrivers.a
LIBS += drivers/nand/libnand.a
LIBS += drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a
LIBS += drivers/sk98lin/libsk98lin.a
LIBS += post/libpost.a post/cpu/libcpu.a
LIBS += common/libcommon.a
LIBS += $(BOARDLIBS)
LIBS := $(addprefix $(obj),$(LIBS))
.PHONY : $(LIBS)
根據上面的include/config.mk檔定義的ARCH、CPU、BOARD、SOC這些變數。硬體平臺依賴的目錄檔可以根據這些定義來確定。
SMDK2410平臺相關目錄及對應生成的庫檔如下。
board/smdk2410/ ：庫文件board/smdk2410/libsmdk2410.a
cpu/arm920t/ ：庫文件cpu/arm920t/libarm920t.a
cpu/arm920t/s3c24x0/ : 庫文件cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a
lib_arm/ : 庫文件lib_arm/libarm.a
include/asm-arm/ :下面兩個是標頭檔。
include/configs/smdk2410.h
8）最終生成的各種鏡像檔：
ALL = $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND)
all: $(ALL)
$(obj)u-boot.hex: $(obj)u-boot
$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O ihex $< $@ $(obj)u-boot.srec: $(obj)u-boot $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@ $(obj)u-boot.bin: $(obj)u-boot $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@ #這裡生成的是U-boot的ELF檔鏡像 $(obj)u-boot: depend version $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT) UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBS) sed -n -e ''''''''''''''''''''''''''''''''s/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p''''''''''''''''''''''''''''''''sortuniq`;\ cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \ --start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \ -Map u-boot.map -o u-boot 分析一下最關鍵的u-boot ELF檔鏡像的生成： @依賴目標depend :生成各個子目錄的.depend文件，.depend列出每個目的檔案的依賴檔。生成方法，調用每個子目錄的make _depend。 depend dep: for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir _depend ; done @依賴目標version：生成版本資訊到版本檔VERSION_FILE中。
version:
@echo -n "#define U_BOOT_VERSION \"U-Boot " > $(VERSION_FILE); \
echo -n "$(U_BOOT_VERSION)" >> $(VERSION_FILE); \
echo -n $(shell $(CONFIG_SHELL) $(TOPDIR)/tools/setlocalversion \
$(TOPDIR)) >> $(VERSION_FILE); \
echo "\"" >> $(VERSION_FILE)
@偽目標SUBDIRS: 執行tools ,examples ,post,post\cpu 子目錄下麵的make檔。
SUBDIRS = tools \
examples \
post \
post/cpu
.PHONY : $(SUBDIRS)
$(SUBDIRS):
$(MAKE) -C $@ all
@依賴目標$(OBJS)，即cpu/start.o
$(OBJS): $(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))
@依賴目標$(LIBS)，這個目標太多，都是每個子目錄的庫檔*.a ，通過執行相應子目錄下的make來完成：
$(LIBS): $(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))
@依賴目標$(LDSCRIPT)：
LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
對於smdk2410,LDSCRIPT即連接指令檔是board/smdk2410/u-boot.lds，定義了連接時各個目的檔案是如何組織的。內容如下：
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS{
. = 0x00000000;
. = ALIGN(4);

.text :
/*.text的基底位址由LDFLAGS中-Ttext $(TEXT_BASE)指定*/
{

/*smdk2410指定的基底位址為0x33f80000*/
cpu/arm920t/start.o (.text) /*start.o為首*/

*(.text) }
. = ALIGN(4); .rodata : { *(.rodata) }
. = ALIGN(4); .data : { *(.data) }
. = ALIGN(4); .got : { *(.got) }
. = .; __u_boot_cmd_start = .;
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
__u_boot_cmd_end = .;
. = ALIGN(4);
__bss_start = .;
.bss : { *(.bss) }
_end = .;
}
@執行連接命令：
cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \
--start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
-Map u-boot.map -o u-boot
其實就是把start.o和各個子目錄makefile生成的庫檔按照LDFLAGS連接在一起，生成ELF檔u-boot 和連接時記憶體分配圖檔u-boot.map。
9)對於各子目錄的makefile檔，主要是生成*.o檔然後執行AR生成對應的庫檔。如lib_generic資料夾Makefile：
LIB = $(obj)libgeneric.a
COBJS = bzlib.o bzlib_crctable.o bzlib_decompress.o \
bzlib_randtable.o bzlib_huffman.o \
crc32.o ctype.o display_options.o ldiv.o \
string.o vsprintf.o zlib.o
SRCS := $(COBJS:.o=.c)
OBJS := $(addprefix $(obj),$(COBJS))
$(LIB): $(obj).depend $(OBJS) #項層Makefile執行make libgeneric.a
$(AR) $(ARFLAGS) $@ $(OBJS)
整個makefile剩下的內容全部是各種不同的開發板的*_config:目標的定義了。
概括起來，工程的編譯流程也就是通過執行執行一個make *_config傳入ARCH，CPU，BOARD，SOC參數，mkconfig根據參數將include標頭檔夾相應的標頭檔夾連接好，生成config.h。然後執行make分別調用各子目錄的makefile 生成所有的obj檔和obj庫檔*.a. 最後連接所有目的檔案，生成鏡像。不同格式的鏡像都是調用相應工具由elf鏡像直接或者間接生成的。
剩下的工作就是分析U-Boot原始程式碼了。